王岳峰（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司動(dòng)力廠，河北涉縣056404）

0 引言

隨著煉鐵新區(qū)的建設(shè)和老區(qū)高爐擴(kuò)容改造，我公司高爐冶煉水平得到大幅度提高，對(duì)冷風(fēng)品質(zhì)的提升提出了更高要求。動(dòng)力廠一直致力于加快風(fēng)機(jī)的技術(shù)改造和加強(qiáng)技術(shù)裝備工作，以便更好地滿足高爐生產(chǎn)需要，實(shí)現(xiàn)高爐鼓風(fēng)機(jī)的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。近年來(lái)，隨著煉鐵生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)，對(duì)高爐供風(fēng)系統(tǒng)提出了更高要求。新區(qū)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)的投產(chǎn),以其高效、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)成為高爐供風(fēng)系統(tǒng)的首選方案。

1 設(shè)備基本情況

天鐵老區(qū)有4座700 m3高爐，分別為1#高爐，2#高爐，3#高爐，4#高爐。冷風(fēng)供應(yīng)由一臺(tái)陜鼓生產(chǎn)的AV56型電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和多臺(tái)上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的Z2000型汽輪鼓風(fēng)機(jī)自稱，風(fēng)機(jī)和高爐實(shí)行一對(duì)一方式運(yùn)行，即一臺(tái)風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)一座高爐。

天鐵新區(qū)建有1座2 800 m3高爐，配套建設(shè)有2臺(tái)AV-90電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)和高爐實(shí)行一對(duì)一方式運(yùn)行，風(fēng)機(jī)一用一備。

1.1 老區(qū)供風(fēng)系統(tǒng)存在的弊端

隨著大量新技術(shù)新產(chǎn)品的應(yīng)用，高爐冶煉水平和高爐利用系數(shù)相繼提高，供風(fēng)系統(tǒng)的弊端日益顯現(xiàn)：

（1）高爐與風(fēng)機(jī)參數(shù)不配套。風(fēng)機(jī)供給高爐的冷風(fēng)參數(shù)為低風(fēng)壓，高風(fēng)量，風(fēng)壓不能滿足要求，風(fēng)量始終有10%～15%的放散浪費(fèi)。

（2）高爐擴(kuò)容改造，風(fēng)機(jī)無(wú)法進(jìn)行升級(jí)改造。汽輪鼓風(fēng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)的限制，無(wú)法進(jìn)行升級(jí)改造。

（3）風(fēng)機(jī)產(chǎn)品不成熟，部分功能無(wú)法使用，防喘振保護(hù)不全，機(jī)組運(yùn)行不安全。機(jī)組調(diào)節(jié)功能不完善，出現(xiàn)高爐緊急放風(fēng)或憋風(fēng)情況，系統(tǒng)自動(dòng)無(wú)法調(diào)節(jié)，因高爐憋風(fēng)，多臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)掉葉片設(shè)備事故；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片葉根為T(mén)型葉根，安裝形式?jīng)Q定了高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)葉片長(zhǎng)高的情況，葉片很容易與缸體發(fā)生碰磨，發(fā)生事故。

1.2 設(shè)備狀況及管網(wǎng)系統(tǒng)

1.2.1 老區(qū)冷風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)

老區(qū)冷風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)配置為4根供風(fēng)母管，分別接至4座高爐，3臺(tái)汽輪鼓風(fēng)機(jī)出口由4個(gè)配風(fēng)閥分別接至4座高爐供風(fēng)母管。電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)出口分別由配風(fēng)閥接至3#高爐和4#高爐。

老區(qū)冷風(fēng)管網(wǎng)配備兩套撥風(fēng)系統(tǒng)，其中1#高爐供風(fēng)管道和2#高爐供風(fēng)管道之間配制1#撥風(fēng)系統(tǒng)，3#高爐供風(fēng)管道和4#高爐供風(fēng)管道之間配備2#撥風(fēng)系統(tǒng)。每套撥風(fēng)系統(tǒng)由2個(gè)電動(dòng)蝶閥和1個(gè)快速開(kāi)關(guān)氣動(dòng)閥組成。當(dāng)其中一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生事故不能提供冷風(fēng)時(shí)，在條件滿足的情況下投入相應(yīng)撥風(fēng)系統(tǒng)，由另一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)撥風(fēng)至事故機(jī)組對(duì)應(yīng)高爐，保證高爐風(fēng)口不罐渣，避免高爐出現(xiàn)重大事故，影響高爐生產(chǎn)。

老區(qū)冷風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 老區(qū)冷風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)

1.2.2 新區(qū)鼓風(fēng)機(jī)參數(shù)及管網(wǎng)系統(tǒng)

型號(hào)：AV90-15全靜葉可調(diào)軸流壓縮機(jī)。

臺(tái)數(shù)：2臺(tái)（一用一備）。

天鐵新區(qū)建有1座2 800 m36#高爐，配套建設(shè)有2臺(tái)AV-90電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)和高爐實(shí)行一對(duì)一方式運(yùn)行，風(fēng)機(jī)一用一備。其冷風(fēng)管網(wǎng)配置為兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)出口通過(guò)相應(yīng)配風(fēng)閥直接接至高爐供風(fēng)母管。其中2臺(tái)電鼓之間有一套撥風(fēng)系統(tǒng)，當(dāng)其中一臺(tái)電鼓事故狀態(tài)下緊急備用。

圖2 新區(qū)冷風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)

1.3 技術(shù)開(kāi)發(fā)理論分析

按照老區(qū)高爐耗冷風(fēng)1 650 Nm3/min、風(fēng)壓0.31 MPa計(jì)算，3座高爐冬季需要風(fēng)量約5 000 Nm3/min，夏季需要風(fēng)量約5 400 Nm3/min。新區(qū)AV-90電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)最大工作點(diǎn)為風(fēng)量6 400 Nm3/min，風(fēng)壓0.47 MPa，功率35 000 kW，為保證機(jī)組運(yùn)行安全，風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行可為冬季風(fēng)量5 000 Nm3/min，出口風(fēng)溫210℃，風(fēng)壓0.35 MPa，功率21 000 kW；夏季風(fēng)量5 400 Nm3/min，出口風(fēng)溫240℃，風(fēng)壓0.35 MPa，功率23 000 kW。按設(shè)計(jì)參數(shù)可以同時(shí)為3臺(tái)高爐提供冷風(fēng)。

2 系統(tǒng)安全及精準(zhǔn)調(diào)節(jié)

2.1 安全性

采取以新區(qū)一臺(tái)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)代替老區(qū)3臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)為老區(qū)3座高爐提供冷風(fēng)供風(fēng)方案，即“一拖三”供風(fēng)模式，為防止因?yàn)殡姽墓收显斐筛郀t事故擴(kuò)大，可采取以下幾種解決方案：

（1）新區(qū)另一臺(tái)電鼓做備機(jī)，日常定期盤(pán)車，保證油溫，當(dāng)運(yùn)行電鼓故障，備用機(jī)組直接啟動(dòng)可保證送風(fēng)要求。

（2）新區(qū)2臺(tái)電鼓之間有1套撥風(fēng)系統(tǒng)可投入備用。當(dāng)2臺(tái)電鼓同時(shí)運(yùn)行時(shí)，若其中一臺(tái)電鼓出現(xiàn)故障，通過(guò)撥風(fēng)系統(tǒng)可互相撥風(fēng)，保證供風(fēng)系統(tǒng)不斷風(fēng)。

（3）老區(qū)3臺(tái)風(fēng)機(jī)可作備機(jī)：新區(qū)電鼓送風(fēng)正常后，老區(qū)3臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)停下后可做備機(jī)使用，便于日常生產(chǎn)調(diào)節(jié)。

（4）老區(qū)2#撥風(fēng)系統(tǒng)可投入備用，即3#高爐和4#高爐供風(fēng)管網(wǎng)之間可相互撥風(fēng)，當(dāng)其中一座高爐供風(fēng)管路出現(xiàn)故障，可投入2#撥風(fēng)系統(tǒng)，保證管路不斷風(fēng)。

2.2 精準(zhǔn)調(diào)節(jié)

2.2.1 新區(qū)電鼓自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)

AV90-15鼓風(fēng)機(jī)是全靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)，其運(yùn)行方式靈活，正常運(yùn)行時(shí)，可采取定風(fēng)壓或者定流量?jī)煞N運(yùn)行方式，具有操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，可以按照高爐對(duì)冷風(fēng)參數(shù)要求自動(dòng)調(diào)整。

（1）電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)定壓力調(diào)節(jié)，當(dāng)壓力的設(shè)定值與實(shí)際值偏差超過(guò)30 kPa時(shí)，跳出自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)，靜葉保持。

（2）電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)定風(fēng)量調(diào)節(jié)，當(dāng)風(fēng)量的設(shè)定值與實(shí)際值偏差超過(guò)150 Nm3/min時(shí)，跳出自動(dòng)流量調(diào)節(jié)，靜葉保持。

在保證高爐憋風(fēng)等異常情況下，靜葉可以保持一定開(kāi)度，防止機(jī)組喘振。在運(yùn)行工況畫(huà)面上有兩條線，分別是喘振線和防喘調(diào)節(jié)線，如圖3所示。

圖3 靜葉控制畫(huà)面

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，工況點(diǎn)在防喘調(diào)節(jié)線以下，若工況點(diǎn)上移至防喘調(diào)節(jié)線，機(jī)組將自動(dòng)控制防喘振閥的打開(kāi)，直至將工況點(diǎn)調(diào)節(jié)至防喘調(diào)節(jié)線以下（該過(guò)程報(bào)警）。防喘振閥也可手動(dòng)操作。

當(dāng)工況點(diǎn)上移超過(guò)喘振線時(shí)，機(jī)組進(jìn)入安全運(yùn)行狀態(tài)：靜葉關(guān)到22°，防喘閥全開(kāi)，逆止閥強(qiáng)制關(guān)閉，報(bào)警且產(chǎn)生報(bào)警記錄。

2.2.2 老區(qū)集中控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)

（1）當(dāng)投入定風(fēng)壓自動(dòng)控制模式時(shí)：撥風(fēng)系統(tǒng)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)風(fēng)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)，可設(shè)定風(fēng)壓設(shè)定值為SP值，風(fēng)壓過(guò)程值作為PV值投自動(dòng)。正常運(yùn)行時(shí)，過(guò)程壓力PV跟蹤設(shè)定壓力SP值自動(dòng)調(diào)整氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，滿足供風(fēng)需要。當(dāng)過(guò)程壓力PV大于或小于設(shè)定壓力SP值15 kPa，或過(guò)程壓力PV大于290 kPa(高壓保護(hù)線)時(shí)，系統(tǒng)由“定風(fēng)壓模式”自動(dòng)跳出到“手動(dòng)模式”，報(bào)警并記錄，人工干預(yù)調(diào)節(jié)。定風(fēng)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)“手/自動(dòng)”無(wú)擾切換。

（2）當(dāng)投入定風(fēng)量自動(dòng)控制模式時(shí)：撥風(fēng)系統(tǒng)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)，可設(shè)定風(fēng)量設(shè)定值為SP值，風(fēng)量過(guò)程值作為PV值投自動(dòng)。正常運(yùn)行時(shí)，過(guò)程風(fēng)量PV跟蹤設(shè)定風(fēng)量SP值自動(dòng)調(diào)整氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，滿足供風(fēng)需要。當(dāng)過(guò)程風(fēng)量PV大于或小于設(shè)定風(fēng)量SP值100 Nm3/min，或風(fēng)量大于2 100 Nm3/min時(shí)，跳手動(dòng)，系統(tǒng)由“定風(fēng)量模式”自動(dòng)跳出到“手動(dòng)模式”；定風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)“手/自動(dòng)”無(wú)擾切換。

（3）系統(tǒng)高壓保護(hù)：“一拖三”撥風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置了電動(dòng)放風(fēng)閥門(mén)，用于風(fēng)壓超過(guò)高壓保護(hù)線后，自動(dòng)放風(fēng)，直至風(fēng)壓低于高壓保護(hù)線后，放風(fēng)門(mén)停止打開(kāi)保持原位，由操作人員確認(rèn)后，手動(dòng)關(guān)閉或打開(kāi)。

P過(guò)程壓力＞28 0kPa時(shí)，提示放風(fēng)報(bào)警，并記錄。

P過(guò)程壓力＞290 kPa時(shí)，電動(dòng)門(mén)打開(kāi)放風(fēng)，直到P過(guò)程壓力 ＜280 kPa時(shí)，放風(fēng)門(mén)停止打開(kāi)保持原位，需要關(guān)閉時(shí)手動(dòng)關(guān)閉。

3 控制畫(huà)面及控制方式

3.1 高爐供風(fēng)系統(tǒng)

通過(guò)1#高爐供風(fēng)系統(tǒng)畫(huà)面（見(jiàn)圖4），可以實(shí)現(xiàn)對(duì)1#高爐氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥FZ1101的定風(fēng)壓、定風(fēng)量的手動(dòng)/自動(dòng)投切操作。

圖4 高爐供風(fēng)系統(tǒng)流程畫(huà)面

1#高爐供風(fēng)系統(tǒng)見(jiàn)圖5。在手動(dòng)狀態(tài)下，通過(guò)點(diǎn)擊閥門(mén)開(kāi)度指令“加 1,加 5，減 1，減5”按鈕，手動(dòng)開(kāi)/關(guān)1#高爐氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥FZ1101，實(shí)現(xiàn)高爐風(fēng)壓的調(diào)節(jié)。

圖5 1#高爐供風(fēng)系統(tǒng)

選擇定風(fēng)壓模式后，投入自動(dòng)控制，通過(guò)壓力設(shè)定按鈕“加1，減1”，實(shí)現(xiàn)壓力設(shè)定，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)壓力設(shè)定進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終使過(guò)程壓力PT1102、PT1103趨近于設(shè)定壓力。過(guò)程壓力在此畫(huà)面中通過(guò)符號(hào)“√”來(lái)進(jìn)行選擇。

選擇定風(fēng)量模式后，投入自動(dòng)控制，通過(guò)風(fēng)量設(shè)定按鈕“加5，加10，減5,減10”，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量設(shè)定，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)風(fēng)量設(shè)定進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終使過(guò)程風(fēng)量FT1101趨近于設(shè)定風(fēng)量。

1#高爐放風(fēng)閥，通過(guò)“投入”、“切除”按鈕，實(shí)現(xiàn)高壓保護(hù)的聯(lián)鎖投切，切除保護(hù)后，通過(guò)操作“打開(kāi)”、“關(guān)閉”按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)放風(fēng)操作。

畫(huà)面還可通過(guò)監(jiān)控高爐的運(yùn)行狀態(tài)：“換爐開(kāi)始 ”、“換 爐 結(jié) 束”“ 拉 風(fēng) 坐 料 ”“緊 急 休風(fēng) ”“ 長(zhǎng) 期 休風(fēng)”進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)整。

其中3#、4#高爐供風(fēng)系統(tǒng)是同一根支管供風(fēng)，即：向3#高爐供風(fēng)時(shí)就不能向4#高爐供風(fēng)，向4#高爐供風(fēng)時(shí)就不能向3#高爐供風(fēng)。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥為同一臺(tái)閥門(mén)，即FZ1301，風(fēng)向由高爐的配風(fēng)閥決定。

3.2 歷史記錄趨勢(shì)

通過(guò)歷史記錄趨勢(shì)圖，可以查看各個(gè)高爐供風(fēng)系統(tǒng)的參數(shù)，極大地方便了生產(chǎn)運(yùn)行、記錄查詢、故障判斷等操作的需求。

3.3 PID畫(huà)面

系統(tǒng)PID畫(huà)面中可以監(jiān)控各高爐自動(dòng)供風(fēng)時(shí)的運(yùn)行曲線及狀態(tài)參數(shù)，同時(shí)也可以對(duì)各高爐的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)進(jìn)行手/自動(dòng)的操作和定風(fēng)壓、定風(fēng)量模式的選擇。

系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)畫(huà)面見(jiàn)圖6。在該畫(huà)面中，在工程師權(quán)限下可以設(shè)定PID調(diào)節(jié)器比例、積分、微分等參數(shù)。其中定風(fēng)壓、定風(fēng)量PID參數(shù)分別設(shè)定。

圖6 系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)畫(huà)面

3.4 報(bào)警和操作記錄

在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)系統(tǒng)由“自動(dòng)”跳出到“手動(dòng)”時(shí)，進(jìn)行電鈴提示報(bào)警；當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)壓達(dá)到高壓保護(hù)放風(fēng)報(bào)警線時(shí)，進(jìn)行放風(fēng)報(bào)警。

在工程師權(quán)限下，通過(guò)報(bào)警畫(huà)面設(shè)定各個(gè)參數(shù)的報(bào)警設(shè)定值。在系統(tǒng)正常運(yùn)行中，當(dāng)運(yùn)行數(shù)據(jù)越過(guò)報(bào)警設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警電鈴響啟，并在報(bào)警畫(huà)面提示報(bào)警信息；報(bào)警確認(rèn)后電鈴聲停，此時(shí)報(bào)警若依然存在，則信息顯示紅色；若報(bào)警消失，則提示信息變?yōu)樗{(lán)色，即運(yùn)行數(shù)據(jù)不再越限報(bào)警，已在正常數(shù)值內(nèi)。

系統(tǒng)對(duì)操作員的各種手動(dòng)操作或干預(yù)進(jìn)行記錄，以便系統(tǒng)出現(xiàn)故障后進(jìn)行查詢和故障判斷。

4 運(yùn)行效果

在“一拖三”系統(tǒng)投運(yùn)兩年多期間，各項(xiàng)冷風(fēng)參數(shù)均能滿足高爐生產(chǎn)需要。與原汽輪鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)方式相比，其供風(fēng)壓力、流量更加穩(wěn)定，系統(tǒng)調(diào)節(jié)更加靈活高效。在系統(tǒng)換爐過(guò)程中，壓力、流量變化相應(yīng)平緩，能夠滿足換爐參數(shù)要求。

系統(tǒng)供風(fēng)壓力可達(dá)到310 kPa，較之前提高風(fēng)壓約50 kPa，供風(fēng)溫度達(dá)210℃，較之前提高約60℃。高爐日最高出鐵產(chǎn)量較之前提高約15%。在節(jié)約熱風(fēng)爐燃料消耗及“大風(fēng)壓”運(yùn)行模式下，高爐產(chǎn)量提高效果非常明顯。

5 結(jié)束語(yǔ)

用1臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)同時(shí)向3臺(tái)高爐供風(fēng)在國(guó)內(nèi)尚屬首次嘗試，通過(guò)前期試驗(yàn)“一拖二”運(yùn)行狀態(tài)良好，后試驗(yàn)“一拖三”，在系統(tǒng)投運(yùn)1年多期間，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，各臺(tái)高爐供風(fēng)全部投入自動(dòng)控制運(yùn)行，供風(fēng)壓力、流量更加穩(wěn)定，電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)根據(jù)系統(tǒng)要求可自動(dòng)調(diào)整負(fù)荷，冷風(fēng)放散基本為零，整個(gè)機(jī)組在經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行。該技術(shù)已在天鐵開(kāi)發(fā)并成熟應(yīng)用，對(duì)于高爐經(jīng)過(guò)多次擴(kuò)容改造但鼓風(fēng)機(jī)未同步改造或已達(dá)到供風(fēng)極限機(jī)組，且同時(shí)存在多座類似情況的高爐具有廣泛的推廣價(jià)值。